JP2001104777A - 不均質触媒三相反応の等温操作方法 - Google Patents
不均質触媒三相反応の等温操作方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】目的は、気相と液体間の物質移動を改善し、等
温操作によって液相、気相及び固相を含有する反応を実
施するための装置及び方法を提供することである。 【解決手段】この目的は、（i）液相中に気相を分散し
て反応液を発生する分散機素子と、（ii）入口、出口及
び反応液の主流の軸に沿って本質的には均一な間隔で設
置され、触媒被覆金属製布を設備した除熱隔壁で隔てら
れた反応空間を有する少なくとも１種の反応器、及び
（iii）反応液を分散機素子から反応器入口まで送るも
ので、反応液の分散度が供給路を通る途中で本質的には
変化しない程度に十分短い供給路と、を含有する装置に
よって達成された。
温操作によって液相、気相及び固相を含有する反応を実
施するための装置及び方法を提供することである。 【解決手段】この目的は、（i）液相中に気相を分散し
て反応液を発生する分散機素子と、（ii）入口、出口及
び反応液の主流の軸に沿って本質的には均一な間隔で設
置され、触媒被覆金属製布を設備した除熱隔壁で隔てら
れた反応空間を有する少なくとも１種の反応器、及び
（iii）反応液を分散機素子から反応器入口まで送るも
ので、反応液の分散度が供給路を通る途中で本質的には
変化しない程度に十分短い供給路と、を含有する装置に
よって達成された。
Description
【０００１】本発明は、気相、液相及び固相の少なくと
も３相を伴う不均質触媒反応の等温操作方法及び装置に
関する。
も３相を伴う不均質触媒反応の等温操作方法及び装置に
関する。
【０００２】本発明は特に、反応物の少なくとも１種が
液体で、また１種が気体であり、触媒が固体物質である
反応操作に関する。
液体で、また１種が気体であり、触媒が固体物質である
反応操作に関する。
【０００３】かかる反応操作は、相当な困難を伴う。気
液の移行は問題が多い。更に、等温条件を達成するのは
困難であり、等温とは、反応器中での一時的な、或いは
局在する温度変動が影響しないように、熱の付与又は除
去によって、実質的に反応熱を平準化することを意味す
る。確立された方法は、G．Eigenberger, Ullmann,第５
版、４巻、１９９ｆｆ頁、（1992年）、Wiley-VCH, Wei
nheim, ベルリン、ニューヨーク、に記載されている。
液の移行は問題が多い。更に、等温条件を達成するのは
困難であり、等温とは、反応器中での一時的な、或いは
局在する温度変動が影響しないように、熱の付与又は除
去によって、実質的に反応熱を平準化することを意味す
る。確立された方法は、G．Eigenberger, Ullmann,第５
版、４巻、１９９ｆｆ頁、（1992年）、Wiley-VCH, Wei
nheim, ベルリン、ニューヨーク、に記載されている。
【０００４】欧州特許第０３０５２０３号公報（米国特
許第４９８５２３０号明細書）には、非断熱条件下の不
均質触媒反応操作が記載されている。これによると、熱
伝導隔壁を備えた反応器は、モノリス触媒が充填されて
いる。モノリス触媒は密着性の固体で、十分に大きい触
媒表面積を有しているので、これらの可算量程度でも工
業的に重要な問題となっている反応を触媒するに十分で
ある。モノリス触媒は、全体的な流動方向に対して角度
のある隘路を有しているので、反応液が反応器の隔壁を
伝わる径路は鋭角に曲がり、これにより熱伝導が改良さ
れるといわれている。反応液にかかるせん断応力は、反
応器隔壁近傍では極度に高く（圧低下大で）、他の所で
は低い（物質移動低い）。このことは隔壁近傍での不必
要に大きい圧力低下を招く。圧力低下は反応隔壁とモノ
リス触媒との結合構造に決定的に依存しているので、反
応器の製作は複雑である。
許第４９８５２３０号明細書）には、非断熱条件下の不
均質触媒反応操作が記載されている。これによると、熱
伝導隔壁を備えた反応器は、モノリス触媒が充填されて
いる。モノリス触媒は密着性の固体で、十分に大きい触
媒表面積を有しているので、これらの可算量程度でも工
業的に重要な問題となっている反応を触媒するに十分で
ある。モノリス触媒は、全体的な流動方向に対して角度
のある隘路を有しているので、反応液が反応器の隔壁を
伝わる径路は鋭角に曲がり、これにより熱伝導が改良さ
れるといわれている。反応液にかかるせん断応力は、反
応器隔壁近傍では極度に高く（圧低下大で）、他の所で
は低い（物質移動低い）。このことは隔壁近傍での不必
要に大きい圧力低下を招く。圧力低下は反応隔壁とモノ
リス触媒との結合構造に決定的に依存しているので、反
応器の製作は複雑である。
【０００５】欧州特許第０２０１６１４号公報（米国特
許第４７３１２２９号明細書）には、部分的に波型テー
プ状触媒体を含有する反応器が記載されており、この波
型は主流の軸に対して傾斜しており、逆に隣接プレート
に向いていて、触媒体の波型のピッチは隣接波型プレー
トのピッチより小さく、触媒体の表面積は隣接波型プレ
ートの表面積より大きい。この装置は気液分散体の発生
を意図したものではない。プレートの複雑な波型はバイ
パスを生じ易く、渦を妨害してそのため物質移動を犠牲
にしている。その上、描写された緊密充填機素は反応熱
の効果的除去を提供するものではない。
許第４７３１２２９号明細書）には、部分的に波型テー
プ状触媒体を含有する反応器が記載されており、この波
型は主流の軸に対して傾斜しており、逆に隣接プレート
に向いていて、触媒体の波型のピッチは隣接波型プレー
トのピッチより小さく、触媒体の表面積は隣接波型プレ
ートの表面積より大きい。この装置は気液分散体の発生
を意図したものではない。プレートの複雑な波型はバイ
パスを生じ易く、渦を妨害してそのため物質移動を犠牲
にしている。その上、描写された緊密充填機素は反応熱
の効果的除去を提供するものではない。
【０００６】欧州特許第００６８８６２号公報（カナダ
国特許第１１４６１４８号公報）には、気相と液体間の
移行反応用固定床反応器が開示されている。この反応器
では、固定床はともに巻き取られロールにされた平面と
波型のシートの交互に重なった層を有し、その波型のシ
ートは、示された液体に関して固有の疎水性を持つ高分
子量の有機重合体から成る少なくとも外部表面層を有す
る開放網目材料を含有し、また平面のシートは、編み合
わせ、織り合わせ又はフェルト化された織布製吸い上げ
材料の布地を含有し、その布地は、液又は気液移行反応
に関して親水性であり、また示された液体に対してロー
ルの末端まで連続した吸い上げ経路を提供する。この型
の反応器の欠点は、反応器の織布成分が断面流動速度を
制限することである。その上、吸い上げ経路は迅速な液
移動を妨害し、そのため気液間で分離し易く、気液間の
物質移動を妨害する。更に、その反応器は断熱的操作を
意図している。
国特許第１１４６１４８号公報）には、気相と液体間の
移行反応用固定床反応器が開示されている。この反応器
では、固定床はともに巻き取られロールにされた平面と
波型のシートの交互に重なった層を有し、その波型のシ
ートは、示された液体に関して固有の疎水性を持つ高分
子量の有機重合体から成る少なくとも外部表面層を有す
る開放網目材料を含有し、また平面のシートは、編み合
わせ、織り合わせ又はフェルト化された織布製吸い上げ
材料の布地を含有し、その布地は、液又は気液移行反応
に関して親水性であり、また示された液体に対してロー
ルの末端まで連続した吸い上げ経路を提供する。この型
の反応器の欠点は、反応器の織布成分が断面流動速度を
制限することである。その上、吸い上げ経路は迅速な液
移動を妨害し、そのため気液間で分離し易く、気液間の
物質移動を妨害する。更に、その反応器は断熱的操作を
意図している。
【０００７】本発明の目的は、気相と液体間の物質移動
を改善し、等温操作によって液相、気相及び固相を伴う
反応を実施するための装置及び方法を提供することであ
る。
を改善し、等温操作によって液相、気相及び固相を伴う
反応を実施するための装置及び方法を提供することであ
る。
【０００８】この目的は、気相、液相及び固相を伴う反
応を実施するための装置において、液相中に気相を分散
して反応液を発生させる分散機素子、入口、及び出口、
並びに反応液の主流の軸に沿って実質的に均一な間隔で
設置され、触媒で被覆された金属製布が装着された除熱
隔壁で区切られた反応空間を有する少なくとも１種の反
応器、及び反応液を分散機素子から反応器入口まで移送
し、且つ反応液の分散度の程度が供給路を通る途中で実
質的に変化しないほどに十分短い供給路と、を備えるこ
とを特徴とする装置によって達成されることを見出し
た。
応を実施するための装置において、液相中に気相を分散
して反応液を発生させる分散機素子、入口、及び出口、
並びに反応液の主流の軸に沿って実質的に均一な間隔で
設置され、触媒で被覆された金属製布が装着された除熱
隔壁で区切られた反応空間を有する少なくとも１種の反
応器、及び反応液を分散機素子から反応器入口まで移送
し、且つ反応液の分散度の程度が供給路を通る途中で実
質的に変化しないほどに十分短い供給路と、を備えるこ
とを特徴とする装置によって達成されることを見出し
た。
【０００９】反応液が（分散相としての）気相及び（分
散媒としての）液体から生成される分散液であり、その
分散液が反応器を通過するとき安定なままであり、即ち
実質的に泡の大きさの増大を生じないように方法と装置
が設計されている場合にのみ、物質移動を増大し得るこ
とを本発明者らは確定した。
散媒としての）液体から生成される分散液であり、その
分散液が反応器を通過するとき安定なままであり、即ち
実質的に泡の大きさの増大を生じないように方法と装置
が設計されている場合にのみ、物質移動を増大し得るこ
とを本発明者らは確定した。
【００１０】本発明の反応器は、反応液に強力ながら均
一なせん断応力を維持するよう設計されている。一方
で、触媒を磨耗することなく高い断面流速に耐える。他
方、反応液は、金属製布中で均一な高いせん断応力に曝
される。これによって、反応液の均一混合ができ、反応
器を通過するとき反応液の分散度を一定にすることがで
きる。
一なせん断応力を維持するよう設計されている。一方
で、触媒を磨耗することなく高い断面流速に耐える。他
方、反応液は、金属製布中で均一な高いせん断応力に曝
される。これによって、反応液の均一混合ができ、反応
器を通過するとき反応液の分散度を一定にすることがで
きる。
【００１１】本発明の触媒被覆した金属製布は、織られ
た又は編まれた金属製布である。ワイヤの直径は、一般
に０．０１〜５．０ｍｍの範囲内、好ましくは０．０４
〜１．０ｍｍである。メッシュの大きさは広範囲で変動
し得る。
た又は編まれた金属製布である。ワイヤの直径は、一般
に０．０１〜５．０ｍｍの範囲内、好ましくは０．０４
〜１．０ｍｍである。メッシュの大きさは広範囲で変動
し得る。
【００１２】これらの織物又は編物は、欧州特許第０５
６４８３０号公報（カナダ国特許第２０９０９３０号公
報）又は欧州特願公開第０９６５３８４号公報に記載さ
れている方法によって被覆され得る。欧州特許第０５６
４８３０号公報には、触媒による金属製編物の被覆がは
っきりと記載されていないが、それらは織られた金属製
布と同方法で処理されているであろう。本発明の目的の
ためには、編まれた金属製布は１種類の連続した金属製
の糸から形成された金属製布である。対照的に、織合わ
せた金属製布は少なくとも２種類の金属製の糸から形成
された織物である。
６４８３０号公報（カナダ国特許第２０９０９３０号公
報）又は欧州特願公開第０９６５３８４号公報に記載さ
れている方法によって被覆され得る。欧州特許第０５６
４８３０号公報には、触媒による金属製編物の被覆がは
っきりと記載されていないが、それらは織られた金属製
布と同方法で処理されているであろう。本発明の目的の
ためには、編まれた金属製布は１種類の連続した金属製
の糸から形成された金属製布である。対照的に、織合わ
せた金属製布は少なくとも２種類の金属製の糸から形成
された織物である。
【００１３】織られた又は編まれた金属製布の触媒での
被覆も又通常の浸漬法、例えば欧州特願公開第0056435
号公報に記載の方法によって実施することができる。
被覆も又通常の浸漬法、例えば欧州特願公開第0056435
号公報に記載の方法によって実施することができる。
【００１４】織られた又は編まれた金属製布を形成する
金属自身が、（場合により処理後に）触媒的活性がある
場合には、被覆を全く省略してもよい。
金属自身が、（場合により処理後に）触媒的活性がある
場合には、被覆を全く省略してもよい。
【００１５】織られた又は編まれた金属製布は、テープ
の形態で使用できる。触媒で被覆した織られた、及び編
まれた金属製布は、鋸歯状車輪ロールを用いて、波型に
できる。波型の織られた又は編まれた金属製布を反応器
内へ導入することによって、織られた又は編まれた金属
製布の充填密度を改善することができる。例えば、多層
の波型又は平滑な織られた又は編まれたた金属製布を反
応器空間に導入することができる。同様に、内部の金属
製平板を織られた又は編まれた金属製布の層間に挿入し
てもよい。いずれにせよ、反応器空間が熱伝導隔壁の間
で十分均一に充填されるように触媒被覆した、織られた
又は編まれた金属製布を導入しなければならない。均一
充填はバイパス生成を抑制し、熱除去用反応隔壁への熱
伝導を助け、それによって反応を等温条件下で実施でき
るようにする。
の形態で使用できる。触媒で被覆した織られた、及び編
まれた金属製布は、鋸歯状車輪ロールを用いて、波型に
できる。波型の織られた又は編まれた金属製布を反応器
内へ導入することによって、織られた又は編まれた金属
製布の充填密度を改善することができる。例えば、多層
の波型又は平滑な織られた又は編まれたた金属製布を反
応器空間に導入することができる。同様に、内部の金属
製平板を織られた又は編まれた金属製布の層間に挿入し
てもよい。いずれにせよ、反応器空間が熱伝導隔壁の間
で十分均一に充填されるように触媒被覆した、織られた
又は編まれた金属製布を導入しなければならない。均一
充填はバイパス生成を抑制し、熱除去用反応隔壁への熱
伝導を助け、それによって反応を等温条件下で実施でき
るようにする。
【００１６】更に別の実施の態様は、分散機素子が液体
ジェットガス圧縮機である。この慣用の分散機器は、気
体を移送し圧縮するジェットポンプである。
ジェットガス圧縮機である。この慣用の分散機器は、気
体を移送し圧縮するジェットポンプである。
【００１７】ジェットポンプでは、駆動液の噴出で駆動
ノズルからの出口にて個々の小滴に粉砕する。この小滴
は混合ノズルの断面を横切って均一な分布となり、衝撃
と摩擦によって周囲の気体を同伴し、高圧に圧縮する。
到達可能な分散度は、駆動ノズルと拡散機の設定によっ
て決定される。これはまた、駆動液の圧力、吸引圧力、
反対圧力、駆動液の流動性、吸引気体の流れ及び混合物
の流れに依存する。
ノズルからの出口にて個々の小滴に粉砕する。この小滴
は混合ノズルの断面を横切って均一な分布となり、衝撃
と摩擦によって周囲の気体を同伴し、高圧に圧縮する。
到達可能な分散度は、駆動ノズルと拡散機の設定によっ
て決定される。これはまた、駆動液の圧力、吸引圧力、
反対圧力、駆動液の流動性、吸引気体の流れ及び混合物
の流れに依存する。
【００１８】更に別の、本発明による装置の実施の態様
では、反応器は熱交換機として構成される。反応器空間
から流れ去る反応器隔壁表面上の液状媒体が、反応熱を
取り出し運び去る場合には、反応器隔壁を通しての熱伝
導は決定的に増大する。そのような熱交換反応器は、平
板型熱交換機として、又は螺旋状熱交換機として構成さ
れ得る。本発明による平板型熱交換反応器は、反応液が
反応器空間を通してジグザグコースを取るように熱伝導
隔壁を追加することによって区切られる特殊区画又は矩
形反応器空間を有する。方向変化が最大の所では、過剰
で大きい圧降下を避けるため触媒被覆のない織られた又
は編まれた金属製布を用いる。本発明による螺旋状熱交
換反応器は、触媒被覆の織られた又は編まれた金属製布
を非常に均一に充填している特別に円柱状の反応器空間
を有する。本発明の熱交換反応器の隔壁の間隔は、好ま
しくは１〜３０ｍｍ、更に好ましくは２〜２０ｍｍ、特
には４〜１０ｍｍである。
では、反応器は熱交換機として構成される。反応器空間
から流れ去る反応器隔壁表面上の液状媒体が、反応熱を
取り出し運び去る場合には、反応器隔壁を通しての熱伝
導は決定的に増大する。そのような熱交換反応器は、平
板型熱交換機として、又は螺旋状熱交換機として構成さ
れ得る。本発明による平板型熱交換反応器は、反応液が
反応器空間を通してジグザグコースを取るように熱伝導
隔壁を追加することによって区切られる特殊区画又は矩
形反応器空間を有する。方向変化が最大の所では、過剰
で大きい圧降下を避けるため触媒被覆のない織られた又
は編まれた金属製布を用いる。本発明による螺旋状熱交
換反応器は、触媒被覆の織られた又は編まれた金属製布
を非常に均一に充填している特別に円柱状の反応器空間
を有する。本発明の熱交換反応器の隔壁の間隔は、好ま
しくは１〜３０ｍｍ、更に好ましくは２〜２０ｍｍ、特
には４〜１０ｍｍである。
【００１９】本発明は更に、気相、液相及び固相を伴う
反応を実施するための方法において、気相を液相中に分
散することによって反応液を発生させる工程、発生した
反応液を、触媒で被覆した織られた又は編まれた金属製
布を反応器空間に装備した反応器に通す工程、反応器空
間の境目をなす隔壁で反応熱を移動させる工程、及び反
応液を気相と液相とに分離する工程、を含むことを特徴
とする方法を提供する。反応液の分離は、慣用の分離機
を用いて実施する。
反応を実施するための方法において、気相を液相中に分
散することによって反応液を発生させる工程、発生した
反応液を、触媒で被覆した織られた又は編まれた金属製
布を反応器空間に装備した反応器に通す工程、反応器空
間の境目をなす隔壁で反応熱を移動させる工程、及び反
応液を気相と液相とに分離する工程、を含むことを特徴
とする方法を提供する。反応液の分離は、慣用の分離機
を用いて実施する。
【００２０】本方法は、好ましくは、反応器中の反応液
の全体的な流動方向が上向きで実施される。
の全体的な流動方向が上向きで実施される。
【００２１】更に本発明による方法の実施態様は、気相
及び／又は液相の分離式部分再循環で操作される。分離
式部分再循環とは、反応生成物が気相及び／又は液相か
ら分離されることを意味する。残余の気体及び残余の液
体は全部又は一部再分散され、反応器に返される。
及び／又は液相の分離式部分再循環で操作される。分離
式部分再循環とは、反応生成物が気相及び／又は液相か
ら分離されることを意味する。残余の気体及び残余の液
体は全部又は一部再分散され、反応器に返される。
【００２２】更に本発明による方法の実施態様において
は、反応器における見かけの液速度は１００〜６００ｍ
3／（ｍ2時）、好ましくは１５０〜３００ｍ3／（ｍ
2時）である。見かけの液速度とは、反応条件（圧力及
び温度）における分散体の液体留分の体積流量を、主流
の軸に対して垂直に反応器空間の断面積で除したもので
ある。織られた又は編まれた金属製布を導入した結果、
反応器空間を全部反応液に利用できないので、実際の微
視的な見かけの液速度は、それに対応して高いものであ
る。
は、反応器における見かけの液速度は１００〜６００ｍ
3／（ｍ2時）、好ましくは１５０〜３００ｍ3／（ｍ
2時）である。見かけの液速度とは、反応条件（圧力及
び温度）における分散体の液体留分の体積流量を、主流
の軸に対して垂直に反応器空間の断面積で除したもので
ある。織られた又は編まれた金属製布を導入した結果、
反応器空間を全部反応液に利用できないので、実際の微
視的な見かけの液速度は、それに対応して高いものであ
る。
【００２３】更に本発明による方法の実施態様として、
見かけの気体速度は０．５〜１５ｃｍ／秒、好ましくは
２．５〜１０ｃｍ／秒である。見かけの気体速度は、こ
こでは見かけの液速度と同様に定義される。
見かけの気体速度は０．５〜１５ｃｍ／秒、好ましくは
２．５〜１０ｃｍ／秒である。見かけの気体速度は、こ
こでは見かけの液速度と同様に定義される。
【００２４】更に本発明による方法の実施態様におい
て、反応器内の反応液圧力は０．１〜２００バール、好
ましくは１〜１００バール、特には１〜１０バールであ
る。
て、反応器内の反応液圧力は０．１〜２００バール、好
ましくは１〜１００バール、特には１〜１０バールであ
る。
【００２５】更に本発明による方法の実施態様において
は、反応器内の反応液温度は２５〜２５０℃、好ましく
は２５〜２００℃、特には５０〜１５０℃である。
は、反応器内の反応液温度は２５〜２５０℃、好ましく
は２５〜２００℃、特には５０〜１５０℃である。
【００２６】本発明を図１〜４により、更に詳細に説明
する。
する。
【００２７】図１は、液体ジェットガス圧縮機及び平板
状熱交換反応器を使用する生成物再循環、循環ガス操作
を備えた三相反応用装置を示す。
状熱交換反応器を使用する生成物再循環、循環ガス操作
を備えた三相反応用装置を示す。
【００２８】図２は、液体ジェットガス圧縮機及び螺旋
状熱交換反応器を使用する生成物再循環、循環ガス操作
を備えた三相反応用装置を示す。
状熱交換反応器を使用する生成物再循環、循環ガス操作
を備えた三相反応用装置を示す。
【００２９】図３は、螺旋状熱交換反応器内部の側面図
を示す。
を示す。
【００３０】図４は、螺旋状熱交換反応器の側面図を示
す。
す。
【００３１】図1及び２は、反応器１中の金属製布２０
担持の触媒が（例えば、H2での還元により）活性化さ
れ、循環ポンプ２１を使用することによって生成液で満
たされ、液をポンプで分離機１０から任意の予熱器１６
及び供給ラインを経由して液体ジェットガス圧縮機5と
液体ジェットガス圧縮機6へ送り、次にそこから熱交換
反応器１へ、またそこから供給ラインを経由して分離機
９へ送り分離機１０に戻る装置を示す。循環ガスを供給
ライン11を経由して分離機１０から回収し、循環ガスポ
ンプ１３により供給ラインを経由して液体ジェットガス
圧縮機8と液体ジェットガス圧縮機6に供給し、ここでガ
スを圧縮して直ちに液中に分散し反応混合物を生成す
る。反応器への供給ライン７は十分短く、反応の分散度
はこの距離では本質的に変化しないので反応器１への反
応液を供給するのに使用される。生成物での循環が開始
されると、液体ジェットガス圧縮機４への供給ラインを
使用して反応物を導入し、分離機１０における定常充填
水準システムを使用して排出ライン１４経由で循環液か
ら対応量の生成物を回収する。消費した反応気体を置換
する新たな気体を、圧力を維持しつつ液体ジェットガス
圧縮機１７への供給ライン経由で気体循環に供給し、排
気を排気ライン１２を経由して気体循環から回収する。
発熱反応の場合には反応熱を冷却循環システム２２を経
由して反応器から除去し、一方吸熱反応の場合には熱を
導入する。
担持の触媒が（例えば、H2での還元により）活性化さ
れ、循環ポンプ２１を使用することによって生成液で満
たされ、液をポンプで分離機１０から任意の予熱器１６
及び供給ラインを経由して液体ジェットガス圧縮機5と
液体ジェットガス圧縮機6へ送り、次にそこから熱交換
反応器１へ、またそこから供給ラインを経由して分離機
９へ送り分離機１０に戻る装置を示す。循環ガスを供給
ライン11を経由して分離機１０から回収し、循環ガスポ
ンプ１３により供給ラインを経由して液体ジェットガス
圧縮機8と液体ジェットガス圧縮機6に供給し、ここでガ
スを圧縮して直ちに液中に分散し反応混合物を生成す
る。反応器への供給ライン７は十分短く、反応の分散度
はこの距離では本質的に変化しないので反応器１への反
応液を供給するのに使用される。生成物での循環が開始
されると、液体ジェットガス圧縮機４への供給ラインを
使用して反応物を導入し、分離機１０における定常充填
水準システムを使用して排出ライン１４経由で循環液か
ら対応量の生成物を回収する。消費した反応気体を置換
する新たな気体を、圧力を維持しつつ液体ジェットガス
圧縮機１７への供給ライン経由で気体循環に供給し、排
気を排気ライン１２を経由して気体循環から回収する。
発熱反応の場合には反応熱を冷却循環システム２２を経
由して反応器から除去し、一方吸熱反応の場合には熱を
導入する。
【００３２】図３は、本発明による螺旋状熱交換反応器
の側面図を示す。３１は、反応器への反応液用供給装置
（反応器入口）である。３２は、触媒被覆金属製布を受
け入れる反応器通路であり、かなりの稠密充填での全空
間を占めるものである。３３は、冷却液を受入れる冷却
路である。
の側面図を示す。３１は、反応器への反応液用供給装置
（反応器入口）である。３２は、触媒被覆金属製布を受
け入れる反応器通路であり、かなりの稠密充填での全空
間を占めるものである。３３は、冷却液を受入れる冷却
路である。
【００３３】図４は、螺旋状熱交換反応器の側面図であ
り、供給及び排出口の配置を示す。４１は反応液供給口
（反応器入口）、４２は冷却液排出口、４３は反応液排
出口（反応器出口）、４４は冷却液供給口。熱伝導を極
大化するために反応液と冷却液とをここでは向流に配置
してある。反応器入口での放熱量が、例えば、選択性及
び触媒安定性に関して特に危険な場合には、コカレント
（cocurrent）での配置が望ましい。
り、供給及び排出口の配置を示す。４１は反応液供給口
（反応器入口）、４２は冷却液排出口、４３は反応液排
出口（反応器出口）、４４は冷却液供給口。熱伝導を極
大化するために反応液と冷却液とをここでは向流に配置
してある。反応器入口での放熱量が、例えば、選択性及
び触媒安定性に関して特に危険な場合には、コカレント
（cocurrent）での配置が望ましい。
【００３４】以下実施例によって本発明を説明する。実施例 ベンゼンのシクロヘキサンへの水素化は式、 ΔH＝−２．１４ｋJ／モル で表される発熱反応である。
【００３５】ベンゼンの水素化生成物は、反応熱を除去
せず、比較的低温を維持しない場合には、シクロヘキサ
ンとメチルシクロペンタンとの間で平衡に達する。研究
の結果、反応はベンゼン及びシクロヘキサンへの水素の
溶解度が低いため、反応混合物が触媒層で溶解H2が枯渇
するという基質制限であることが判明した。従って、溶
解水素の供給増大のため本発明を用いるのが有利であ
る。
せず、比較的低温を維持しない場合には、シクロヘキサ
ンとメチルシクロペンタンとの間で平衡に達する。研究
の結果、反応はベンゼン及びシクロヘキサンへの水素の
溶解度が低いため、反応混合物が触媒層で溶解H2が枯渇
するという基質制限であることが判明した。従って、溶
解水素の供給増大のため本発明を用いるのが有利であ
る。
【００３６】ベンゼンの水素化工程を、図3及び４によ
る螺旋状熱交換反応器を備える図2による本発明装置を
使用して実施した。このため、幅５ｍｍ、深さ２５ｍ
ｍ、長さ９６０ｍｍ（容積１２０ｍｌ）の反応器通路
に、最初V２Aステンレス鋼（ドイツ国材料番号（German
material numver ）１．４３０１）で編まれた担持テ
ープを６５０℃で３時間熱処理し、次に６ｎｍの白金で
真空被覆して調製した８層（ｐlies）の編まれた触媒織
物テープを充填した。活性成分の量は４６ｍｇであっ
た。触媒充填熱交換反応器を図3に示す装置に据え付け
た。窒素でパージし、水素で80℃にて、2時間、触媒を
還元し、ベンゼンを供給ライン４を経由してシクロヘキ
サン充填の液循環システムにポンプ輸送した。反応のパ
ラメーターは、ｐ＝２０バール、T＝９０℃、見かけの
液及び水素の速度は４００ｍ3／ｍ2・時であった。
る螺旋状熱交換反応器を備える図2による本発明装置を
使用して実施した。このため、幅５ｍｍ、深さ２５ｍ
ｍ、長さ９６０ｍｍ（容積１２０ｍｌ）の反応器通路
に、最初V２Aステンレス鋼（ドイツ国材料番号（German
material numver ）１．４３０１）で編まれた担持テ
ープを６５０℃で３時間熱処理し、次に６ｎｍの白金で
真空被覆して調製した８層（ｐlies）の編まれた触媒織
物テープを充填した。活性成分の量は４６ｍｇであっ
た。触媒充填熱交換反応器を図3に示す装置に据え付け
た。窒素でパージし、水素で80℃にて、2時間、触媒を
還元し、ベンゼンを供給ライン４を経由してシクロヘキ
サン充填の液循環システムにポンプ輸送した。反応のパ
ラメーターは、ｐ＝２０バール、T＝９０℃、見かけの
液及び水素の速度は４００ｍ3／ｍ2・時であった。
【００３７】反応生成物の温度を反応器出口で測定し
た。設定反応温度に関して、最大温度差０．２℃を観測
した。
た。設定反応温度に関して、最大温度差０．２℃を観測
した。
【００３８】選択性１００％、転化率９８％を得た。反
応器通路の容積に基づく空時収率は、０．５kg／（リッ
トル・時）であった。
応器通路の容積に基づく空時収率は、０．５kg／（リッ
トル・時）であった。
【図１】液体ジェットガス圧縮機及び平板状熱交換反応
器を使用する生成物再循環、循環ガス操作を備えた三相
反応用装置を示す。
器を使用する生成物再循環、循環ガス操作を備えた三相
反応用装置を示す。
【図２】液体ジェットガス圧縮機及び螺旋状熱交換反応
器を使用する生成物再循環、循環ガス操作を備えた三相
反応用装置を示す。
器を使用する生成物再循環、循環ガス操作を備えた三相
反応用装置を示す。
【図３】螺旋状熱交換反応器内部の側面図を示す。
【図４】螺旋状熱交換反応器の側面図を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０７Ｃ 13/18 Ｃ０７Ｃ 13/18 // Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ Ｃ０７Ｂ 61/00 ３００ (72)発明者 ゲルト、カイベル ドイツ、68623、ラムペルトハイム、ロベ ルト−ボッシュ−シュトラーセ、４ (72)発明者 ゲルト、ロールバッハー ドイツ、67069、ルートヴィッヒスハーフ ェン、ヘルズィンキシュトラーセ、14 (72)発明者 エッケハルト、シュヴァプ ドイツ、67434、ノイシュタット、ベルヴ ァルトシュタインシュトラーセ、４ (72)発明者 マンフレート、シュトレツェル ドイツ、68549、イルフェスハイム、ミュ ーレンヴェーク、57
Claims (16)
- 【請求項１】 気相、液相及び固相を伴う反応を実施す
るための装置において、 液相中に気相を分散して反応液を発生させる分散機素子
（６）、 入口（３１、４１）、及び出口（４３）、並びに反応液
の主流の軸に沿って実質的に均一な間隔で設置され、か
つ、触媒で被覆された金属製布（２０、３２）が装着さ
れた除熱隔壁で区切られた反応空間、を有する少なくと
も１種の反応器（１）、及び反応液を分散機素子（６）
から反応器入口（３１、４１）まで移送し、且つ反応液
の分散度の程度が供給路を通る途中で実質的に変化しな
いほどに十分短い供給路（７）と、を備えることを特徴
とする装置。 - 【請求項２】 金属製布（２０、３２）が、織られた金
属製布である請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 金属製布（２０、３２）が、編まれた金
属製布である請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 分散機素子（６）が、液体ジェットガス
圧縮機である請求項１〜３のうちいずれか一項記載の装
置。 - 【請求項５】 反応器（１）が、熱交換機として構成さ
れている請求項１〜４のうちいずれか一項記載の装置。 - 【請求項６】 反応器（１）が、平板状熱交換機として
構成されている請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 反応器（１）が、螺旋状熱交換機として
構成されている請求項５記載の装置。 - 【請求項８】 反応器隔壁の間隔が、１〜３０ｍｍであ
る請求項５〜７のうちいずれか一項記載の装置。 - 【請求項９】 反応器隔壁の間隔が、２〜２０ｍｍであ
る請求項５〜７のうちいずれか一項記載の装置。 - 【請求項１０】 反応器隔壁の間隔が、４〜１０ｍｍで
ある請求項５〜７のうちいずれか一項記載の装置。 - 【請求項１１】 気相、液相及び固相を伴う反応を実施
するための方法において、 気相を液相中に分散することによって反応液を発生させ
る工程、 発生した反応液を、触媒で被覆した織られた又は編まれ
た金属製布を反応器空間に装備した反応器に通す工程、 反応器空間の境目をなす隔壁で反応熱を移動させる工
程、及び反応液を気相と液相とに分離する工程、を含む
ことを特徴とする方法。 - 【請求項１２】気相及び／又は液相の分離による部分的
再循環によって操作する請求項１１記載の方法。 - 【請求項１３】反応器内の見かけの液速度が１００〜６
００ｍ3／（ｍ2・時）である請求項１１記載の方法。 - 【請求項１４】反応器内の見かけのガス速度が０．５〜
１５ｃｍ／秒である請求項１１記載の方法。 - 【請求項１５】反応器内の反応液が０．１〜２００バー
ルの圧力下にある請求項１１記載の方法。 - 【請求項１６】反応器内の反応液が２５〜２５０℃の温
度を有する請求項１１記載の方法。
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